專利名稱：包括熱致變色或光致變色材料的光信息載體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種借助光束記錄信息的光信息載體，所述光信息載體包括-基底層，-記錄層，包括具有依賴于溫度的光學特性的熱致變色材料或具有依賴于光的光學特性的光致變色材料，用于在記錄和/或讀出期間選擇性改進靈敏度，和-覆蓋層。
本發(fā)明還涉及一種確定這種光信息載體的記錄層(P)厚度的方法和從這種光信息載體讀取數(shù)據(jù)的讀出設(shè)備。
在歐洲專利申請02078676.0(PHNL020794 EPP)中披露了在多疊層光信息載體中使用熱致變色效應增強讀取和寫入。為了實現(xiàn)對許多記錄層之一進行有效尋址以寫入/讀取數(shù)據(jù)而不會與非尋址層產(chǎn)生過多交互作用，這些記錄層包括具有依賴于溫度的光學特性的熱致變色材料，用于在記錄和/或讀出期間選擇地改進被尋址記錄層的靈敏度。另外，其中還披露了用于有效反射率為3.6％的反射ROM和WORM多層系統(tǒng)的熱致變色效應的實現(xiàn)過程。
許多不同的可逆有機和無機熱致變色材料都是可用的。在上述的歐洲專利申請02078676.0(PHNL020794 EPP)中還披露了許多不同的材料，例如聚合母體中π共軛材料、PH敏感染料分子和顯色劑的π共軛低聚物或聚合物；其中包括螺吡喃(spiropyran)、螺二苯并吡喃(spirobichromene)、或螺噁嗪(spirooxazine)的聚合物材料；其中包括位阻光致變色染料的聚合物材料；其中包括熱致變色染料尤其是花青或酞菁染料的聚合物材料；和其中染料分子聚合尤其是形成J型聚合體或H型聚合體的染料材料。在US 5817389中也披露了熱致變色材料，例如多并苯類(polyacene class)、酞菁類(phthalocyanine class)、螺吡喃染料(spiropyran dye)、內(nèi)酯染料(lactone dye)和熒烷染料(fluoran dye)。
熱致變色效應的目的是在環(huán)境溫度下(多個)未聚焦層盡可能少地吸收光，但足以在聚焦層中引起熱致變色效應并在升高溫度下盡可能多地反射。然而，雖然可獲得許多熱致變色材料，但對于單層或多層光信息載體來說必須選擇滿足這些要求的最佳候選材料。
此外，從US5817389也可獲知許多光致變色材料，例如噸染料、偶氮染料、花青染料等。光致變色(PC)效應的目的是與熱致變色(TC)材料類似的方式改變光學常數(shù)(n和k)，區(qū)別在于通過增大光強而不是通過升高溫度。因此，對于PC和TC材料都會出現(xiàn)n和k的相同光譜偏移，只不過是基于不同的原理。因此通過使用光致變色材料，我們就可以利用材料的非線性光學性質(zhì)，這意味著光學常數(shù)(n和k)可隨著入射光的強度變化，使得這些材料具有依賴于光的光學特性。已知光致變色材料是可逆的或不可逆的，這取決于條件。在有機材料的典型極限內(nèi)主要關(guān)心的通常并不是溫度穩(wěn)定性。對光致變色材料的速度和穩(wěn)定性的最初研究表明這些材料的固有速度或響應時間是快的(～ns或更快)，大大快于熱致變色材料。但是，從可獲得的光致變色材料中，對于單層或多層光信息載體來說也必須選擇滿足期望要求的最佳候選材料。
包括熱致變色或光致變色材料的已知記錄層的反射率較低，大約為3％，甚至低于雙層BD盤的有效反射率。這種低反射率將會對驅(qū)動器帶來問題，因為它導致較低的光強度，而例如聚焦和跟蹤信號或HF信號又是從這種光強度獲得的。最終，較少數(shù)量的光子限制了可獲得的數(shù)據(jù)率(光子發(fā)射噪聲比探測器帶寬)。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有一個或多個記錄層的光信息載體，所述記錄層在聚焦狀態(tài)具有增加的反射率以及在非聚焦狀態(tài)具有非常高的透射率及可忽略的反射率。本發(fā)明的另一個目的是提供一種確定光信息載體的記錄層的厚度的方法，以便找出一個最佳厚度，該厚度提供最大對比度(～100％)，以及若寫入之后在寫入標記中發(fā)生折射率失配，對于給定初始吸收率提供最大透射率。本發(fā)明的再一個目的是提供一種從這種光信息載體讀取數(shù)據(jù)的讀出裝置，由其能夠?qū)⒆x出溫度保持在閾值寫入溫度以下以便避免讀出期間出現(xiàn)寫入效應。
根據(jù)本發(fā)明該目的是通過如權(quán)利要求1所述的光信息載體實現(xiàn)的，所述光信息載體的特征在于熱致變色或光致變色材料的復折射率 的虛部k在升高的溫度或較高的光強度下分別大于0。
已知熱致變色或光致變色材料具有分別在環(huán)境溫度或較低的光強度下應與基底材料的折射率近似匹配的折射率。因此在基底-記錄層界面將不會出現(xiàn)或出現(xiàn)非常少的反射。所述材料在環(huán)境溫度或較低的光強度下確實顯示出一些有限的吸收率，其足以在焦點處引起白放大熱致變色或光致變色效應。TC效應是自放大的，但PC效應原則上不是。在PC效應的情況下，受照射的PC分子從狀態(tài)A轉(zhuǎn)變至狀態(tài)B，而沒有中間狀態(tài)。然而，使用PC材料的折射率的溫度依賴性或從狀態(tài)A至B的轉(zhuǎn)變速率的溫度依賴性連同光學PC效應一起，非線性PC效應也是切實可行的。還進一步認識到在焦點處，由于自放大效應，不僅吸收剖面k(復折射率 的虛部)發(fā)生偏移，而且根據(jù)Kramers-Kronig關(guān)系，所述折射率的實部(通常簡單的稱作折射率n)也發(fā)生偏移。
目前考慮用于藍光波長記錄的典型染料具有介于1和3之間的折射率n值和介于0和1.5之間的k值(取決于所選擇的材料和使用的激光波長)。然而，甚至能夠使用n和k具有在范圍1＜＝n＜＝4和0＜k＜＝3的值的有機材料和具有值0＜n＜＝4和0＜k＜＝5的無機材料。還未研究這些染料的熱致變色或光致變色效應，但有機TC材料的n和k范圍將是類似的。對標準聚碳酸酯材料使用1.6的折射率nFPC致使染料和聚碳酸酯之間的峰值界面反射率近似為 根據(jù)這些認識，本發(fā)明在熱致變色或光致變色記錄層內(nèi)部使用相長干涉以便獲得尤其具有至少兩個記錄層的多層系統(tǒng)的聚焦層的有效反射率的極大增加，優(yōu)選＞＞5％，而(多個)非聚焦層具有幾乎100％的透射率和可忽略的反射率。因此，本發(fā)明是基于這種思想獨自或改變復折射率 的實部n的同時增加復折射率 的虛部k，可導致聚焦狀態(tài)下的反射率增加。例如，在雙層RW BD盤的情況下，已經(jīng)使用最優(yōu)化的每記錄層4層疊層設(shè)計來獲得第二(最深的)記錄層的～20％的反射率。然而，對于該第二層來說只獲得～5％的有效反射率，因為對于入射到第二層和從第二層反射的光來說，第一層的透射率為～50％。
另外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過同時考慮虛部k對分辨率的影響并根據(jù)本發(fā)明的提議選擇k，還可獲得額外的熱致變色或光致變色分辨率增強因子。
再者，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過使用熱致變色或光致變色材料的非線性效應，對于吸收或反射光學存儲系統(tǒng)可獲得較少的象差。在使用藍色激光二極管的DVD的情況下，非線性效應可用于增加傾斜容限。在多層存儲的情況下，它可用于增加深度范圍。在所有單層和多層應用中，非線性效應都可用于增加物鏡的數(shù)值孔徑，同時將象差保持在一個可接受的水平。
傳統(tǒng)的反射光學存儲系統(tǒng)，例如CD、DVD和BD基于相位光柵，其要求精確的凹坑/凹槽深度。與最佳深度的較小偏差導致信號對比度的降低，并接著導致信噪比(SNR)的降低。還發(fā)現(xiàn)通過如根據(jù)本發(fā)明所提出的對熱致變色或光致變色材料的折射率的實部n和虛部k進行最佳化，能夠使反射存儲系統(tǒng)的反射率和對比度不依賴于凹坑/凹槽深度。
升高的溫度和較高的光強度在這里分別意味著遠高于環(huán)境溫度/閾值光強度的溫度和光強度。在通過將記錄激光束會聚到記錄層上，或者在多個記錄層的情況下將其會聚到一個特定的記錄層上而進行記錄期間，會產(chǎn)生升高的溫度/較高的光強度，即聚焦記錄層的溫度/光強度比非聚焦記錄層的高得多。升高的溫度典型的在100-800℃的范圍內(nèi)(該溫度至少高于驅(qū)動器的操作溫度，例如在汽車中為60-80℃)。較高的光強度通常在0.5-300MW/cm2的范圍內(nèi)，例如，由Nichia生產(chǎn)的藍色激光二極管結(jié)合0.85NA物鏡的電流強度為0-8MW/cm2，并且對于由Picoquant生產(chǎn)的皮秒脈沖激光可一直達到150MW/cm2。
可使用不同的小脈沖激光系統(tǒng)結(jié)合BD透鏡(405nm和0.85NA)獲得較高的光強度對于具有～35pJ脈沖能量和～10ns脈沖持續(xù)時間的藍色Nichia激光器為1.8MW/cm2；對于具有～10pJ脈沖能量和～70ps脈沖持續(xù)時間的PicoQuant激光器為2.300MW/cm2。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例在從屬權(quán)利要求中定義。
根據(jù)一優(yōu)選實施例，熱致變色或光致變色材料在閾值以上具有大于0.5的虛部k，優(yōu)選的是大于1。在該范圍中，可獲得較高的反射率增加，尤其是如果實部n也同時降低到閾值以上。
為了避免在環(huán)境溫度下在層間的邊界處發(fā)生反射，熱致變色或光致變色材料在環(huán)境溫度下的折射率與基底的折射率n匹配是有利的，并且優(yōu)選的，在包括由間隔層分開的一層以上的記錄層的多層盤的情況下，還與間隔層的折射率n匹配。
另外，根據(jù)一個實施例，在升高的溫度下，熱致變色材料的折射率n與基底和可能的間隔層的折射率n匹配，而根據(jù)另一個實施例，熱致變色或光致變色材料的折射率n在升高的溫度下高于基底和可能的間隔層的折射率n。在后面的實施例中，熱致變色或光致變色材料的k值優(yōu)選選擇為等于或大于0.5，而在第一實施例中零以上的k值已經(jīng)導致反射率增加。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，熱致變色或光致變色材料的折射率n在升高的溫度下不增加，而是降低，因為已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與增加折射率n相比，通過降低折射率n，甚至可能進一步增加反射率。尤其是，在升高的溫度下在1.0到1.6范圍內(nèi)的折射率n是有利的。例如，在折射率n為1.0和k值為約1.5的情況下，反射率可變至30％。
另外還認識到記錄層的厚度在升高的溫度下對反射率有影響。優(yōu)選的厚度范圍是10-200nm，特別是20-80nm。記錄層的最佳厚度主要取決于折射率的實部n的值，尤其是記錄層的折射率的實部n和相鄰基底層或相鄰間隔層的實部n之間的差。另外，讀出或記錄所使用的波長也對記錄層的最佳厚度有影響。
另外還發(fā)現(xiàn)在記錄層周圍使用介電層進一步增強反射率，代價是增加介質(zhì)復雜性。在一優(yōu)選實施例中，在記錄層的每一側(cè)放置有至少一個介電層。有利地，提出了五層設(shè)計，其中記錄層的每側(cè)布置兩個介電層，通過該設(shè)計可使反射率達到55％。介電層的折射率n的優(yōu)先選擇和用作介電材料的優(yōu)選材料定義在權(quán)利要求8到10中。
根據(jù)本發(fā)明，熱致變色或光致變色材料可同時是記錄材料，但也可以在記錄層中出現(xiàn)其它記錄材料。優(yōu)選的，本發(fā)明適用于具有一個或多個記錄層的ROM或WORM(一次寫入多次讀取)光盤，例如CD-ROM、CD-R、DVD-ROM或BD(藍光盤)。
本發(fā)明還涉及一種確定根據(jù)本發(fā)明的光信息載體的記錄層(P)的厚度的方法，所述方法包括步驟-選擇熱致變色或光致變色材料，其在第一波長下具有較低的初始k值(kinitial)，而在短于或長于所述第一波長的第二波長下具有較高的k值，并且復折射率 的實部n與基底層和/或所述覆蓋層的折射率相匹配；-記錄測試數(shù)據(jù)；-在記錄所述測試數(shù)據(jù)之后，基本在所述第一波長下確定所述熱致變色或光致變色材料和所述基底層和/或所述覆蓋層之間的折射率失配度Δn；-通過確定寫入和未寫入標記之間的信號對比度確定所述熱致變色或光致變色材料的最小優(yōu)化層厚度；-在記錄之前，對于所述優(yōu)化層厚度基本上在所述第一波長下確定最大初始k值。
通過該方法，如果在記錄之后在寫入標記中發(fā)生折射率失配Δn，則多層記錄載體中的聚焦層的信號對比度和非聚焦層的透射率被優(yōu)化。對于每個折射率失配Δn，在給定初始吸收率下，可發(fā)現(xiàn)具有最大對比度(～100％)和最大透射率的優(yōu)化層厚度，而不會損害信號強度。該方法的優(yōu)選實施例在從屬權(quán)利要求中定義。
本發(fā)明還涉及一種如權(quán)利要求16所述的用于從光信息載體讀取數(shù)據(jù)的讀出裝置，包括光源，用于發(fā)射讀取光束；多點光柵，用于從所述讀取光束產(chǎn)生至少兩個偏移的光束；用于將偏移光束會聚在信息載體上的不同位置和用于將反射光束會聚在探測器上的不同位置的裝置；和用于接收所述反射光束的探測器。
優(yōu)選使用2點、4點、8點或10點光柵使得可同時讀取2、4、8或10位。
使用根據(jù)本發(fā)明所述的記錄載體，由于使用高k值的高吸收率，盤中的溫度在讀出期問可能會增加到寫入閾值溫度以上。這會在讀出期間導致寫入效應。如根據(jù)本發(fā)明提出地使用多點光柵，盤上的讀出激光功率可降低，并且可將讀出溫度保持在閾值寫入溫度以下。與傳統(tǒng)的單層DVD+RW相變系統(tǒng)相比，多軌跡方法的一個額外優(yōu)點是即使每個點的讀出功率較低，總的數(shù)據(jù)速率也會增加。
現(xiàn)在將參照附圖詳細說明本發(fā)明，其中

圖1a、b表示根據(jù)本發(fā)明的單層和多層光信息載體的剖面圖；圖2表示吸收率增加的原理；圖3、4表示作為波長函數(shù)的有機染料的復折射率 的測量實部(n)和虛部(k)；圖5表示對于不同k值的作為層厚度函數(shù)的熱致變色層的反射率；圖6表示根據(jù)本發(fā)明的包括一個記錄層和四個介電層的單疊層光信息載體的剖面圖；圖7表示對于圖6中所示的信息載體作為記錄層厚度函數(shù)的聚焦層反射率和非聚焦層透射率；圖8表示對于圖6中所示的信息載體作為k值函數(shù)的非聚焦層透射率；圖9表示對于圖6中所示的信息載體作為k值函數(shù)的熱致變色層的聚焦反射率；圖10表示熱致變色材料顯示出依賴于溫度的反射特性的熱致變色ROM載體的實施例的側(cè)視圖；圖11表示圖10c中所示載體的實際實現(xiàn)方式；圖12表示對于中心孔徑和DPD跟蹤信號，信號對比度與凹坑深度的關(guān)系；圖13表示在DTD2跟蹤情況下，對于信號A+C和B+D，信號對比度與凹坑深度的關(guān)系；圖14表示具有未寫入軌跡的WORM實施方式的概念；圖15表示具有寫入軌跡的圖14的WORM實施方式；圖16表示具有未寫入軌跡的另一WORM實施方式的概念圖17表示具有寫入軌跡的圖16的WORM實施方式；圖18表示具有未寫入軌跡的第三WORM實施方式的概貌；圖19表示具有寫入軌跡的圖18的WORM實施方式；
圖20表示作為n和k的函數(shù)的反射率；圖21表示當n和k同時改變時的反射率；圖22表示k＝0和k＝0-1.5時作為n和距離的函數(shù)的反射率；圖23表示對于不同記錄載體疊層，在k＝1.5的情況下作為n的函數(shù)的最大反射率；圖24表示對于S5013染料材料，測量的不同波長下的反射率、透射率和吸收率；圖25表示使用光致變色材料的光學實現(xiàn)方式；圖26表示具有完整和環(huán)形孔徑的透鏡的光點的強度分布；圖27表示沿環(huán)形透鏡的光點在k＝0和k＝0-1.5的情況下作為n和距離的函數(shù)的反射率；圖28表示歸一化的圖27中所示的反射率分布；圖29表示使用中心光阻擋器的記錄光學系統(tǒng)的第一實施例；圖30表示使用射束整形光學系統(tǒng)的記錄光學系統(tǒng)的第二實施例；圖31表示由于盤傾斜或球面象差引起的從中心光點至側(cè)瓣的強度轉(zhuǎn)移；圖32表示對于不同情況，在寫入之前(未寫入標記)和之后(寫入標記)，聚焦和非聚焦的單層熱致變色/光致變色記錄疊層的反射率、透射率、吸收率和信號對比度；圖33表示多反射、多介質(zhì)光學系統(tǒng)的矩陣方法的注解；圖34表示用于計算介于兩個聚碳酸酯(PC)間隔層之間的TC/PC層在405nm波長下的總反射率、透射率和吸收率的疊層設(shè)計的一個實施例；圖35表示根據(jù)本發(fā)明的包括2點光柵的讀出裝置的一個實施例。
圖1a表示根據(jù)本發(fā)明的單層光信息載體的一個實施例。在載體1的頂部布置有用于保護的覆蓋層C，光束L，例如激光束或由LED產(chǎn)生的光入射到所述覆蓋層上。其后布置有單個記錄層P。在記錄層P的下面布置有例如由聚碳酸酯形成的基底S。
圖1b表示根據(jù)本發(fā)明的多疊層光信息載體1的一個實施例。與只有單個記錄層P相反，提供有多個記錄疊層，每個記錄疊層都包括一個記錄層P1到P7。通過間隔層R將所述記錄疊層并因此也將記錄層P1至P7隔開，以便使相鄰的記錄層在光和熱上分開。
因此根據(jù)本發(fā)明的信息載體是通過交替疊置惰性的無源間隔層R和有源記錄層P1至P7形成的。間隔層R是非旋光的并且是透明的，而且優(yōu)選具有1-100μm、尤其是5-30μm的厚度。記錄層P1至P7優(yōu)選具有0.05-5μm的厚度。
除了記錄和信息承載功能外，記錄層P還具有熱致變色(或可選擇的，光致變色)功能，以提供增加入射光與被尋址記錄層的相互作用的臨時可逆效應。根據(jù)具體實施，折射率的虛部和/或?qū)嵅康淖兓瘜е挛铡⒎瓷浜屯干涮匦缘淖兓?，這種變化其后被用于讀出。優(yōu)選的，這些功能結(jié)合在一種材料中，但也可將其分在不同的材料中。
因為除了被尋址記錄層外的所有層中，光強度都是較低的，所以熱曲線或者保持在閾值溫度以下使得吸收曲線根本不會發(fā)生變化，或者變化不足以使吸收率在期望的波長下增加，所述變化意味著光譜移動或形式變化，例如所述曲線朝向激光波長的光譜移動，所述激光波長隨溫度可以是線性的，但光譜的較高吸收部分不會到達它。因此，只有在被尋址記錄層中，才會獲得溫度升高，這足以在期望波長下局部(即在焦點位置)增加吸收率。在PC材料的情況下，使用強度閾值。在PC材料的情況下，由于焦點處的高光強度，所以就獲得了被尋址層的反射率和/或吸收率(？)的顯著局部增加。由于較低的光強度，所以在其它層中就不會獲得反射率和/或吸收率的顯著增加。
在非聚焦層中遇到的溫度下，記錄層和間隔層的折射率應該相互匹配，以便使界面處的反射率最小化。
圖2中示出了本發(fā)明的效果。在環(huán)境溫度下，在激光波長下的相對吸收率較小。因此，所有非聚焦記錄層對入射光幾乎是透明的。只有在被尋址的記錄層處，激光的強度才高到足以充分加熱所述材料以顯著改變光學性質(zhì)，由此進一步提高溫度和局部加熱。
熱致變色記錄層的反射率較低(約3％)，甚至小于雙層BD盤的有效反射率。這種低反射率將會對驅(qū)動器造成問題，因為它導致較低的光強度，而較低的光強度用于獲得例如聚焦和跟蹤信號，或HF信號。最終，較少數(shù)量的光子限制了可獲得的數(shù)據(jù)率(光子發(fā)射噪聲比探測器帶寬)。
熱致變色材料具有在環(huán)境溫度下應與基底材料的折射率接近匹配的折射率。因此在基底-記錄層界面處將不會發(fā)生反射。所述材料確實在環(huán)境溫度下顯示出在焦點處足以引起自放大熱致變色/光致變色效應的某一有限吸收率。在焦點處，由于自放大效應，不僅吸收率曲線(折射率 的虛部k)如圖2所示的移動，而且根據(jù)Kramers-Kronig關(guān)系，復的折射率 的實部n也發(fā)生移動。
所考慮的用于藍光波長記錄的典型染料折射率n值為1-3且k值為0-1.5(取決于所選擇的材料和使用的激光波長)，這可在圖3和4中看出，其中示出了有機染料的折射率的測得實部(n)和虛部(k)與波長的函數(shù)關(guān)系。還未研究這些染料的熱致變色效應，但所述曲線圖確實顯示出能夠用“藍光”染料獲得的實際n和k值。折射率從1.7一直增加到2.4從圖3看起來是切實可行的。所述虛部k也增加至值0.5。使k值在1.0附近而折射率自1.9一直增加到3.0看起來也是切實可行的(參見圖4)。對于為2.5的折射率，在該圖中發(fā)現(xiàn)k值在1.5附近。對于標準聚碳酸酯使用為1.6的折射率將得到染料和聚碳酸酯之間的峰值界面反射率近似為 本發(fā)明的思想是在熱致變色記錄層的內(nèi)部使用相長干涉，以便使多層載體(≥2層)中的聚焦層或圖1a所示實施例中的單一記錄層獲得有效反射率的顯著增加(＞＞5％)，同時非聚焦層具有幾乎100％的透射率和可忽略不計的反射率。在雙層RW BD盤的情況下，已經(jīng)使用了最佳的每層四疊層設(shè)計來獲得～20％的反射率。然而，對于第二層來說發(fā)現(xiàn)有～5％的有效反射率，因為第一層的透射率對于入射光和反射光都是～50％。由熱致變色/光致變色效應導致的單獨或在改變折射率的實部的同時增加虛部的影響是未知的(參見圖3和4)。熱致變色/光致變色效應的目標是在環(huán)境溫度下在非聚焦層盡可能少地吸收光(k≈0.002)，但足以在聚焦層中引起熱致變色效應，和在升高的溫度下盡可能多地反射(k≥0.5)。
下面已經(jīng)執(zhí)行了n的示例性計算，假定激光波長為405nm。為了在不同的激光波長λ下獲得類似的性能，所提出的疊層設(shè)計中的單獨的層的厚度應按比例縮放λ/405(λ的單位為納米)。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與使用較低k值(k≈0.1)的情況相比，使用由于熱致變色/光致變色效應引起的大折射率差結(jié)合較高的k值((k≥0.5)導致反射率的極大增加。圖5表示計算得到的作為k值(0、0.1、0.5、1.0和1.5)的函數(shù)的熱致變色層的反射率。示出了對于n變化的不同情況從1.6變化至1.0(圖5a)、從1.6變化至1.6(圖5b)和從1.6變化至2.2(圖5c)。
在環(huán)境溫度/低光強下，聚碳酸酯(PC)盤的折射率n為1.6，熱致變色材料的折射率也為1.6，而在升高的溫度/較高的光強度下為2.2。對于低k值(k≈0.1)來說，反射率極大得取決于層厚。應該注意作為層厚度函數(shù)的振蕩。對于45nm的層厚度發(fā)現(xiàn)最大反射率為8.6％，而對于90nm的厚度，發(fā)現(xiàn)最小反射率為0.2％。對于相同的折射率變化和較高的k值(≥0.5)來說，發(fā)現(xiàn)反射率有進一步的增加。在k分別為0.5、1.0和1.5的情況下，對于～40nm的層厚度已經(jīng)發(fā)現(xiàn)9.2％、13.9％和20.1％的最大反射率。對于較高的k值(≥0.5)，反射率變得不依賴于層厚度。在k分別為0.5、1.0和1.5的情況下，對于大于100nm的層厚度已經(jīng)發(fā)現(xiàn)4.2％、8.8％和15.6％的恒定反射率。對于k＝1.5和最佳熱致變色記錄層厚度，反射多層系統(tǒng)(≥2層)能夠獲得20％的有效反射率。
從圖5a-c，在升高溫度/高光強的情況下，對于k≥0.5且n＝1.0、1.6和2.2，分別發(fā)現(xiàn)了對于70nm、50nm和40nm附近的層厚度的最大反射率。對于層厚度≥100和k≥0.5，反射率大致是常數(shù)，與層厚度無關(guān)并且與最大值相比略微降低。對于k≥1、n＜1.6或n＞1.6，與深度無關(guān)的反射率與現(xiàn)有技術(shù)的情況(k≈0)相當甚或更高。注意，對于k＞0.5和n＝1.6，反射率總是高于k≈0和n＝1.6的現(xiàn)有技術(shù)的反射率。
需要初始吸收來引起熱致變色效應或光致變色效應。然而，最大初始吸收在多層系統(tǒng)中受層數(shù)和所述層上使用的填充比的限制。已經(jīng)計算出在厚度≥100nm(例如200nm)、k＝0.013和n＝1.6的層中～8％的初始吸收率對反射率和信號對比度的影響。在升高的溫度/較高亮度的情況下，對于n＝1.0、1.6和2.2，非聚焦層的反射率為～0.006％，而聚焦層的反射率為29％、18％和16％。
寫入是基于將所述材料加熱到閾值溫度以上進行的，在所述閾值溫度下所述材料將失去熱致變色屬性并將永久的返回至其非反射狀態(tài)，使n與周圍的基底/間隔材料的n匹配和使k盡可能的低。如果超過上述閾值的轉(zhuǎn)變是通過熱致變色材料的降解實現(xiàn)的或與其伴隨發(fā)生的，則必須小心選擇材料使得所產(chǎn)生的碎片的平均折射率近似與周圍基質(zhì)匹配。在多層系統(tǒng)中寫入之后k的最大可允許值也受層數(shù)和在所述層上使用的填充比的限制。對于厚度為200nm、kmax＝0.013和n＝1.6，寫入之后獲得～8％的吸收率。對于k＝0，反射率為0％，但即使對于0＜k≤kmax，反射率也是非常小的。k＝kmax＝0.013和n＝1.6時，寫入標記的反射率為～0.006％。寫入(反射率≈0.006％)和未寫入標記(在升高溫度/高亮度的情況下，對于n＝1.0、1.6和2.2，反射率分別≈29％、18％和16％)之間的調(diào)制將＞99％，即使初始吸收率為～8％，并且不依賴于層厚度。
在沒有犧牲聚焦層吸收率和非聚焦層透射率的情況下，通過使用一些額外的介電層可進一步增加熱致變色記錄層的反射率。在圖6中示出了一個記錄層的示例性疊層。該疊層包含一夾在兩個介電層I2、I3之間并進一步夾在兩個介電層I1、I4之間的由熱致變色材料形成的記錄層P，所述介電層I2、I3的折射率(n’＝1.5)低于聚焦狀態(tài)下的熱致變色材料的折射率，而介電層I1、I4的折射率(n”＝2.3)高于與所述熱致變色材料相鄰的介電層I2、I3的折射率。所述疊層被沉積在一聚碳酸酯基底S上并覆蓋有一保護層C(蓋層或用于多層的隔層)。與在記錄層P中使用熱致變色材料相反，也能夠使用光致變色材料。
在圖7中，這種疊層的光學性能被作為熱致變色記錄層厚度的函數(shù)給出。對該圖中的透射率進行了空氣-覆蓋層界面處損失的光的校正。如可從圖7看到的，對于這種疊層獲得了約40％的聚焦反射和多于99％的非聚焦透射。很明顯，非聚焦透射率取決于環(huán)境溫度下的熱致變色材料的k值。如圖8所示，對于較大的k來說，透射率線性降低。對于厚度為28nm的均質(zhì)熱致變色記錄層的～2％的吸收率來說，非聚焦層的透射率＞96％。
在圖9中示出了在環(huán)境溫度下對于熱致變色材料的三種不同折射率(1.8、2.0和2.2)，計算得到的作為k的函數(shù)的最佳疊層的反射率。所述熱致變色材料在環(huán)境溫度下的折射率為1.6。對于1.8-2.2的折射率和1.5的k值來說，非聚焦層的透射率＞99％和反射率為35-38％。對于2.2的折射率，不依賴于k值，反射率＞20％。對于大于1.8的折射率和0.5-1.5的k值，反射率＞12％。
因此，與2層BD RW系統(tǒng)的有效反射率相比，使用具有熱致變色材料的最佳疊層，能夠?qū)?層系統(tǒng)和20層系統(tǒng)的有效反射率分別增加到2.5-7和2-5倍。
在ROM系統(tǒng)的一個實現(xiàn)過程中，熱致變色記錄層被圖形化(使用傳統(tǒng)的并已確定的技術(shù)，例如濕式模壓、注模、(光)平板印刷技術(shù)、微接觸印刷、氣相淀積)使得凹坑形狀和深度被最佳化以在反射中給出最佳讀出和跟蹤信號，就如同在標準ROM系統(tǒng)中一樣。除較小的反射率之外，不需要對驅(qū)動器提供關(guān)于熱致變色效應的出現(xiàn)的任何反饋，并因此能與標準的、現(xiàn)在可獲得的驅(qū)動器大大兼容，僅需要補償由變化的焦深引入的像差。
應該提及的是在下面的實施例中示出了類似于當前盤系統(tǒng)的軌跡。然而，這并不意味著是限制，其它實施方式，例如在具有可能是非掃描數(shù)據(jù)訪問和/或2D信息編碼的卡系統(tǒng)中也是可行的，例如使用寬束照明和用CCD傳感器進行檢測的非掃描卡。另外，應該注意各幅圖不是按比例繪制的。
圖10a、b表示具有組合幅度和相位的光柵(圖10a)和純粹相位光柵(圖10b)的熱致變色ROM反射系統(tǒng)的一個實施例的側(cè)視圖。所述載體包括一基底覆蓋層S、具有模壓的ROM結(jié)構(gòu)的熱致變色層10和間隔層R(可能包含粘接層)。層S、10、R的折射率在環(huán)境溫度下是相同的。陰影區(qū)域20表示光束形狀，即溫度顯著增加到環(huán)境以上的區(qū)域。溫度只有在束腰處才顯著增加到環(huán)境以上。
對于反射ROM系統(tǒng)可以采用實施例的不同選項。尤其是，除了圖10中所示的實施例之外，具有均勻厚度的單個熱致變色層的實施例也是可行的。在圖10c中，示出了純粹相位光柵的第二實施例。在該情況中，脊和坑的層厚度是相同的，不同于圖10b中的情況。在圖11中示出了圖10c的使用包含熱致變色材料的均勻疊層的一個實際實施例。使用傳統(tǒng)的方法(濺射、蒸鍍)可相對容易且廉價地沉積該均勻疊層。對于圖10b和10c中所示的實施例，就如同在標準的ROM系統(tǒng)中一樣，可獲得推挽/3點/DTD跟蹤。3點/DTD跟蹤可用于圖10a中所示的實施例，因為推挽跟蹤是不可行的。
基于光學分布圖，利用405nm的波長和0.6的低NA，能使用約265nm的凹坑寬度(對于12cm盤為12.5GB用戶密度)。然而，對于12cm盤使用熱致變色超級分辨率效應能夠獲得25GB的用戶密度，從而導致使用DVD光學系統(tǒng)能夠獲得20層500GB的12cm盤。
對于使用純粹幅度光柵、層厚度≥100nm，即凹坑深度d≥100nm、凹坑中的初始吸收率為～8％，且凹坑填充比為25％的ROM實施例來說，非聚焦層的平均反射率、透射率和吸收率分別為＜0.0025％、～98％和～2％。對于閾值以上1≤n≤2.2和k≈1.5，聚焦層的凹坑反射率為15-30％。對于n＝1和k＝1.5發(fā)現(xiàn)有～30％的最佳反射率(參見圖5)。聚焦層中的脊的反射率為0％，從而導致～100％的信號對比度。應該注意，對于d≥100nm，該對比度不依賴于凹坑深度，聚焦層和非聚焦層的反射率和透射率也不依賴于凹坑深度。
該ROM盤不能通過旋涂填充預先模壓的凹坑來制造，因為脊將不會保持沒有旋涂的材料，這會導致較低對比度的反射盤。相反，優(yōu)選使用基于濕式模壓的方法以獲得高對比度的多層盤。
對于純粹相位光柵盤和所提出的純粹幅度光柵盤，在圖12中示出了信號對比度和凹坑深度之間的關(guān)系。CA表示中央孔徑數(shù)據(jù)信號，DPD表示用于跟蹤的類型-1微分相位檢測信號。能夠看出對于純粹的相位光柵盤，當凹坑深度從最佳值偏離時，信號對比度下降，而對于純粹的幅度光柵，它總是呆在約100％處。應該注意在純粹幅度光柵的情況下，徑向推挽信號原則上消失。
DTD2(微分時間檢測類型-2)跟蹤方法也可得益于純粹幅度光柵。DTD2信號偏離的過程中，首先需要獲得兩對對角象限信號(即，A+C和B+D，其中，例如A為左上象限，B為右上象限，D為左下象限，而C為右下象限)，然后將它們的相位差進行比較。如果這兩個信號已經(jīng)被最大調(diào)制了，則導致更加精確的相位比較并且接下來得到更好的跟蹤誤差信號。相似的，在圖13中繪出了信號A+C和B+D的調(diào)制和坑深度之間的關(guān)系。在所有計算中使用了填充比25％。
現(xiàn)在將解釋WORM系統(tǒng)上反射實施例的實現(xiàn)過程。原則上，僅僅通過將材料加熱到閾值溫度以上就能獲得從高到低的寫入效果，在所述閾值溫度下，所述材料將失去熱致變色性質(zhì)并將永久地返回至其折射率n與周圍基底/間隔物材料的折射率相匹配的非反射狀態(tài)。如果通過或伴隨熱致變色材料的降解實現(xiàn)超過上述閾值的轉(zhuǎn)變，則必須要小心選擇材料使得所產(chǎn)生的碎片的平均折射率與周圍基質(zhì)的折射率接近匹配。
這種在下述的第一實施例中使用的寫入概念的一個非常積極的特征是調(diào)制的最終值高(原則上100％)。這對高密度系統(tǒng)實現(xiàn)高數(shù)據(jù)率是重要的，在所述高密度系統(tǒng)中，最高數(shù)據(jù)空間頻率非常接近調(diào)制轉(zhuǎn)換函數(shù)截止頻率，并因此被光學系統(tǒng)強烈衰減。因此較高的調(diào)制直接有益于可獲得的數(shù)據(jù)率。
在第一WORM實現(xiàn)過程中，一種熱致變色材料被使用并沉積在軌跡中。熱致變色材料可如此使用，或者可通過溶解、分散、吸附在粘合劑上、絡(luò)合等結(jié)合到主基質(zhì)中。選擇層厚度以提供適當?shù)男畔⒑透櫺盘?。在圖14和15中示出了所述概念。注意為了說明，軌跡被示出為直線形的。當然，例如可將定時信息放入到例如在標準記錄中所使用的軌跡擺動中。
圖14a、b表示未寫入軌跡的第一實施例的側(cè)視圖(圖14a)和頂視圖(圖14b)；圖15a、b表示寫入軌跡的第一實施例的側(cè)視圖(圖15a)和頂視圖(圖15b)。熱致變色材料50被沉積在軌跡中并且如60所示的發(fā)生局部降解。間隔層R是折射率匹配的和非活性的。在寫入之后，只有沒降解的軌跡部分仍然顯示出熱致變色效應使得反射光的調(diào)制得以實現(xiàn)。
對于使用具有如圖14所示的層厚度≥100nm的純粹幅度光柵、凹槽中的初始吸收率為～8％、凹槽深度d≥100nm和凹槽填充比為50％的WORM實施例，非聚焦層的寫入標記和非寫入標記的平均反射率、透射率和吸收率分別為＜0.005％，～96％和4％。對于閾值以上1≤n≤2.2和k≈1.5，聚焦的寫入標記的反射率＜0.01％，而未寫入標記的反射率為15-30％。對于n＝1和k＝1.5發(fā)現(xiàn)最佳反射率為～30％(與圖5比較)。對于d≥100nm，從寫入標記和未寫入標記得到的信號對比度為～100％。應該注意對于d≥100nm，該調(diào)制不依賴于凹坑深度，并且聚焦層和非聚焦層的反射率和透射率不依賴于凹坑深度。
對于純粹相位光柵盤和提出的幅度光柵盤，信號對比度和凹坑深度之間的關(guān)系類似于圖12和13中所顯示的。對于未寫入?yún)^(qū)域，可通過例如鄰接雙斑法實現(xiàn)跟蹤。鄰接雙斑法是基于在徑向掃描期間檢測的中央孔徑信號的變化。因為所述信號在徑向上通過純粹幅度光柵進行了最大調(diào)制，所以它也可受益于本發(fā)明。
在圖16和17中示出了第二WORM實施例。其中應用了另一個概念，其使用了具有不同降解溫度的兩種材料，它們都呈現(xiàn)出熱致變色效應。圖16a、b表示未寫軌跡的第一實施例的側(cè)視圖(圖16a)和頂視圖(圖16b)；圖17a、b表示寫入軌跡的第一實施例的側(cè)視圖(圖17a)和頂視圖(圖17b)。
所述軌跡主要由降解溫度約為在寫入處理期間遇到的典型的處理溫度的熱致變色材料70構(gòu)成。軌跡-凹槽由材料80包圍，其也呈現(xiàn)出熱致變色屬性，但是具有遠高于寫入處理期間遭受的溫度的降解溫度。由于該較高的降解溫度和與激光點中心的強度相比在預制凹槽軌跡的邊沿的較低的光強度(即，較低的溫度)，所以在寫入程中只有材料70將會被降解，如17a中90所示。
再次，熱致變色材料可如此使用，或者可通過溶解、分散、吸附在粘合劑商、絡(luò)合等并入到主基質(zhì)中。可使用例如傳統(tǒng)的技術(shù)例如模壓或微接觸印刷來制造軌跡-凹槽。
該實施例的一個優(yōu)點是在未寫入和寫入狀態(tài)中都產(chǎn)生了連續(xù)的伺服信號。在該實施例中所獲得的對比度取決于記錄疊層的具體布局和材料性質(zhì)。由材料80制成的“脊”層具有最大厚度d1+d2，d1是額外擴展到存儲層下面的厚度。圖16和17示出了一個實施例，但存在其它可能的變化，例如，具有d1＝0和d2＝0的厚度均勻的層。
另一個理念是使用圖6中所示的具有預制模壓軌跡的最佳疊層(圖18和19)。通過使用強烈的激光脈沖局部降解熱致變色材料50來寫入透明的標記。將不會有光從降解的標記60反射。對于0＜d＜λ/2n且d≠λ/2，d是軌跡深度，可獲得讀出和跟蹤(推挽/3點)信號。DTD只能用于凹坑(ROM)，而不能用于凹槽(WORM)。從使用λ/2n軌跡深度能夠從軌跡的剩余活性部分獲得具有3點跟蹤(推挽為零)和最大對比度(原則上100％)的最大讀出信號。
另外，為了了解在折射率變化Δn是可忽略的或者折射率n降低而不是增加的情況下將會發(fā)生什么，作了進一步的研究。圖20中示出了對于折射率范圍1.0-2.2和k＝0、0.1、0.5和1.5，計算的具有單一熱致變色或光致變色層(如圖1a所示)的記錄載體的反射率。
例如，基底的初始折射率已被取作1.6，其是標準聚碳酸酯基基底的代表性折射率值。用相同標記的兩條線表示對于特定k值的最小和最大反射率。對于特定k值，該反射率范圍由層厚度確定，如圖5所示。對于低k值(≤0.1)來說，反射率極大的依賴于層厚度。對于k≈0，反射率作為層厚度的函數(shù)幾乎是無衰減的振蕩函數(shù)。因此，層厚度的不同值導致相似的反射率，并且因此對于k≈0，圖20中只使用了反射率的一個值。對于k＞0，在n從其初始值1.6分別變化至1、1.6和2.2的情況下，最大反射率值是在厚度等于～75nm、～50nm和～40nm時出現(xiàn)的。對于k＞0，在n從其初始值1.6分別變化至1、1.6和2.2的情況下，對于該應用的恒定和最小反射率值是在厚度＞50nm、＞30nm和＞25nm時出現(xiàn)的。
因此，對于k≈0，在n值為2.2和1.0的情況下，反射率分別從幾乎是零一直增加至10％和20％。對于0＜k＜0.5，與k≈0的情況相比，對于n≈1和n≈2.2，反射率降低。對于1.2＜n＜2.2，反射率增加機構(gòu)百分比。另外，對于0.5＜k＜1.5，在n≈2.2和n≈1.0時，反射率分別從10％和20％增加至20％和30％。在n≈1.6的情況下，反射率從幾乎是零一直增加至22％。這是非常不可思議的。同時，與反射率增加一起，通過優(yōu)化n和k可獲得分辨率增強。
當n從1.6變化至2.2同時k從0變化至1.5時，發(fā)射率所發(fā)生的變化在圖21中用虛線示出。沒有照射的情況下，n為1.6，且藍色曲線開始于0％的反射率。在增加照度的同時，n和k都增加。當n＝1.9、2.05、2.15和2.2時，該虛線曲線分別與k＝0.1、0.5、1.0和1.5的其它曲線交叉。注意在曲線的交叉處，k值相同。在圖22a中將該情況(虛線曲線)與所示的僅通過增加n而沒有最佳化k來最佳化反射率的已知情形相比較。對于這兩種情況，n從1.6一直變化至1.9，反射率幾乎是相同的。然而，與k不發(fā)生變化的情況相比，在增加k的同時，n值越大，反射率增加越快(圖22a的虛線)。
受衍射限制的光斑的強度分布通過正弦函數(shù)來描述并能用高斯函數(shù)來近似。由于現(xiàn)有技術(shù)的熱致變色效應，增加的分辨率通過朝向光斑中心非線性增加反射率來獲得。作為光斑位置函數(shù)的相應反射率通過圖22b中的連續(xù)曲線示意的顯示。由于n和k的同時增加，熱致變色反射率朝向光斑中心更快速增加，導致分辨率的進一步增強(圖22b的虛線)。作為所述位置的函數(shù)的反射率在圖22b中已經(jīng)通過高斯分布進行了近似，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大致有1.3倍的分辨率增強(圖22b)。2D分辨率增強將是～1.7。
從圖20能夠得出對于基于單層結(jié)構(gòu)的多層記錄載體(如圖1b所示)，對于k≈1.5和n≈1.6，反射率增加并不是如所期望的幾乎為零，而是一直增加至22％，并且因此比上面k≈1.5和1.6＜n≤2.2的情況甚至更大。與n增加或n不變的情況相比，在n降低的情況下，反射率增加更大。對于k≈0和n≈1.0反射率能一直變至20％，并且對于k≈1.5和n≈1.0，反射率能一直變至30％。另外，基于所提出的方法能夠獲得～1.7(2D)的額外分辨率增強因數(shù)，所述方法也能用于在沒有增加空間分辨率的情況下增加系統(tǒng)容限。已經(jīng)使用n從1.6變化至2.2和k從0變化至1.5的情況解釋了分辨率增強方法，但所述方法也可應用于n從1.6變化至1.0和k從0變化至1.5的情況。
如上面參照圖6至8所述的，通過使用一些額外的介電層，在沒有犧牲聚焦吸收率和非聚焦透射率的情況下，可進一步增加記錄層的反射率。圖6的相同疊層設(shè)計已經(jīng)用于計算疊層的反射率，其中1≤n≤2.2和k＝1.5，開始于n＝1.6和k＝0。對于k≤0.02的初始值，非聚焦層的透射率＞96％。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于k＝1.5，反射率在n≈2.2時為～45％，并且在將n降低至1.0時逐漸增加至55％。這導致這樣的結(jié)論與n增加的情況或當n不變時的情況相比，在n降低的情況下，最佳化的熱致變色疊層的反射率增加更大。另外，當k≈1.5和n≈1.0時，反射率可一直變至55％，并且當k≈1.5和n≈1.6時，反射率也可一直變至46％。
n和k值是材料的光學常數(shù)，它們?nèi)Q于波長。在閾值溫度或閾值強度以上，吸收帶朝另一個波長移動。因此，n和k的光譜相依性也將朝向另一個波長轉(zhuǎn)移。k值在最大吸收波長下是最大的，并且在光譜移動之后，該最大k值將不變化。然而，不同材料可具有不同的最大k值。因此，由于光譜移動，在特定波長下的k值在閾值溫度以上(TC)或閾值強度以上將發(fā)生變化。需要初始吸收率來引起TC/PC效應，并且該初始吸收率受層數(shù)和所使用的填充比(對于ROM為～25％，而對于WROM為～50％)的限制。吸收率A和k之間的關(guān)系為A＝1-exp(-4πdk/λ)，其中d是層厚度，λ是所使用的激光波長。應該注意，對于特定波長下的特定吸收率，dk＝常數(shù)。例如，對于厚度為200nm、k＝0.013、n＝1.6的層和λ＝405nm來說，將獲得～8％的初始吸收率。在閾值以上，對于1≤n≤1.6和k≥1.0、層厚度≥30nm，反射率總是≥9％。因此，使用具有初始k≤0.085和d≥30nm的材料可發(fā)現(xiàn)～8％的初始吸收率。
特定材料的選擇過程如下-選擇在感興趣的激光波長(200-800nm)下具有較低的初始k值的TC/PC材料，例如k≤0.085，以在405nm下獲得～8％的初始吸收率，以便獲得非聚焦層的高透射率。
-所選擇的材料的最大k值應該≥1。
-與已知的材料相比，所述材料的k值在閾值溫度/強度以上應增加到0.5以上，優(yōu)選的在1以上，以在聚焦層中獲得反射率增強。
-在閾值溫度/強度下的折射率范圍為1＜n＜4，并且優(yōu)選的范圍是1＜n＜1.6(其中n＝1.6是周圍層的折射率，其能在1.4＜n＜1.7之間變化)。范圍1＜n＜1.6是優(yōu)選的，因為通過增加k并同時降低n可獲得反射率的進一步增加。
-藍移和紅移都能夠使用，但藍移是優(yōu)選的。n的降低是通過應用藍移(1＜n＜1.6)獲得的，n的增加是通過應用紅移(1.6＜n＜4)獲得的。
基于高k值的預計高反射率已經(jīng)經(jīng)過實驗驗證。在玻璃基底上(n≈1.52)的厚度d≥30nm的染料S5013層(參見圖4)在440nm附近的計算空氣入射反射率為30-33％。在厚度為～50nm時發(fā)現(xiàn)33％的計算最佳空氣入射反射率。應該注意類似在多層盤中，對于基底入射，反射率為～23％。在圖中示出了分別在320nm和440nm下實驗測量的n和k值，其中n≈1.2和k≈0.1及n≈1.5和k≈1.5。在圖24中示出了測量的反射率，其中對于80+/-25nm的厚度，在320nm和440nm波長附近空氣入射反射率分別為～3％和～36％(圖24)。在440nm下的測量反射率高于期望值并且可能由略高的k值1.6代替了1.5引起。對于基底入射，該染料層的反射率在320nm和440nm附近將分別是～0％和～25％。應該注意吸收率和反射光譜在440nm波長下具有最大值，而透射光譜在該波長下是最小的。
PC材料是雙穩(wěn)態(tài)的，而TC材料不是。對于TC材料，n和k值在將溫度降低至閾值溫度以下之后返回至其初始值。在光照射的情況下，PC材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而導致n和k變化。為了返回至初始光學常數(shù)，需要一個其它的照射波長。這需要一個更加復雜的光學系統(tǒng)以使用一個激光點選通并讀出該PC材料，并使用具有另一波長的不同激光點關(guān)閉該PC材料。這種使用PC材料進行的可能實現(xiàn)過程在圖25中示出，其示出了使用PC材料進行光學實施。一個具有在吸收帶內(nèi)的波長的激光束L1用于改變PC材料的光學常數(shù)(n，k)。同時數(shù)據(jù)被讀出。具有在移動的吸收帶內(nèi)的不同波長的第二激光束L2用于將PC材料的光學常數(shù)(n，k)恢復至其初始值。S1表示接通和讀出光斑，S2表示切斷光斑。箭頭表示盤旋轉(zhuǎn)方向。
通過阻擋記錄裝置的會聚透鏡的中心孔或通過在透鏡上施加環(huán)形光束，使用光學均衡能夠獲得較高的物理密度。然而，該效應對于傳統(tǒng)的記錄載體是不可應用的，因為由于來自鄰近位的符號間干擾(ISI)同時增加而使得抖動變得太大。
結(jié)合如根據(jù)本發(fā)明提出的非線性材料，通過阻擋透鏡的中心孔或通過在透鏡上施加環(huán)形光束，使用光學均衡能夠提高物理密度。非線性效應用于在增加物理密度的同時將抖動保持在意料中的水平。熱致變色或光致變色材料用于獲得如上所述的非線性效應。
雖然中心峰值變得較小，但能量被傳輸?shù)桨?Airy)圖案的側(cè)瓣，從而增加了它們的大小(圖26)。將光點尺寸降低到原來的1.9分之一是切實可行的。光點尺寸的減小增加了較高頻率的調(diào)制傳遞函數(shù)(MIF)，代價是損害較低頻率的MTF。使用該光學均衡可獲得較高的物理密度，而抖動保持在可接受的水平。通常，該效應不能有效的用于增加物理密度，因為側(cè)瓣被解釋為來自鄰近位的符號間干擾(ISI)，并趨于接近眼睛張開度(eye-opening)。在非線性吸收或反射的情況下，所檢測的信號的這些側(cè)瓣表現(xiàn)出少得多的程度(圖27和28)。圖22中所示的非線性效應已經(jīng)用于顯現(xiàn)側(cè)瓣的降低。在圖27a中，示出了最佳化的情況(虛曲線)和已知的情況(連續(xù)的曲線圖)下，作為n的函數(shù)的反射率。在圖27b中，示出了已知情況(連續(xù)曲線圖)和最佳情況(虛曲線)的沿環(huán)形透鏡的斑點的相應反射率分布圖。由于非線性效應，在放大中心峰值的反射率的同時，所述斑點側(cè)瓣的反射率未被改變。歸一化這兩個反射率分布(圖28)，可觀察到與中心峰值的反射率相比，側(cè)瓣的反射率降低到原來的1/2。所示的側(cè)瓣反射率的降低是在現(xiàn)有的熱致變色或光致變色引入的降低的基礎(chǔ)上的額外降低?？傆嫿档蜕踔粮蟆?br> 所述方法可以不同的方式來實現(xiàn)。為了通過使用該方法獲得顯著的增益，透鏡孔中心部分大部分被阻擋，例如，如圖29中所示在透鏡的前面使用光阻斷器，從而導致標準過量填充的透鏡的功率極大地損失幾乎是80％的功率損失，以獲得～1.9倍的光點區(qū)域減小。
另一種可行性是使用環(huán)形光束。為了將能量損失保持在可容忍的水平，可使用產(chǎn)生徑向強度分布的射束整形光學系統(tǒng)，所述徑向強度分布的峰值不在r＝0處，而是在r峰值＝(R阻斷+R透鏡)/2處，所謂的環(huán)形射束如圖30所示。
應該注意到物理密度增加也可應用于熒光存儲，熒光存儲是用于多層存儲的特殊類型的吸收存儲。
然而，數(shù)據(jù)密度的進一步增加通常導致光學存儲系統(tǒng)的象差增加。作為實際的例子將討論藍光DVD系統(tǒng)和多層系統(tǒng)。圖31表示DVD+RW透鏡的光點在基底厚度為0.6mm(圖31a)或0.65mm(圖31c)的盤中的強度。將DVD系統(tǒng)的波長從紅光(660nm；圖31a)改變至藍光(405nm；圖31b)，同時將信息層保持在0.6mm深度處，將導致傾斜容限的降低。當盤傾斜時，聚焦點的中心峰值的能量被傳遞給側(cè)瓣。這些增加的側(cè)瓣增加了來自鄰近位的符號間干擾(ISI)，并因此增加了抖動。由于傾斜引起的側(cè)瓣的增加還與光的波長成反比。
在多層盤中，限制可用的NA的一個因素是象差的出現(xiàn)，像差將隨著NA顯著增加。在單層甚或雙層系統(tǒng)的情況下，這是可容忍的，因為對物鏡補償了介質(zhì)中或兩個可能層之間的焦點的已知位置。對于多層應用，像差是被尋址層的深度的函數(shù)，并且必須通過自適應的光學系統(tǒng)進行補償。然而，補償范圍也是有限的已經(jīng)被設(shè)計用于補償雙層BD中的球面象差的液晶(LC)補償器可補償～1λ的球面象差(SA)峰峰誤差。因此，使用LC補償器，對于基于DVD(NA＝0.60)和BD(NA＝0.85)的多層系統(tǒng)可獲得～30μ和～400μm的深度范圍。而且對于SA，當透鏡會聚在位于盤中不同深度的另一層上時，會聚光點的中心峰的能量被傳遞給側(cè)瓣(圖31c)。
對于吸收或反射光學存儲系統(tǒng)，通過使用上述的熱致變色或光致變色材料的非線性效應而能夠獲得較少的像差。在藍光DVD的情況下，非線性效應能夠用于增加傾斜容限。在多層存儲的情況中，它可用于增加深度范圍。
在圖31b和31c中，分別對于傾斜和SA，示出了紅光DVD透鏡的會聚光斑的能量從中心頂點至側(cè)瓣的傳遞。在非線性吸收或反射的情況下，如上面參照圖26-30所述的，所檢測的信號的這些側(cè)瓣將表現(xiàn)出少得多的程度。之前已經(jīng)說明了通過使用環(huán)形透鏡能夠獲得物理密度增強。然而，中心頂點寬度的降低與側(cè)瓣強度的增加并且因此與抖動的增加同時發(fā)生。這些檢測的側(cè)瓣可通過應用如圖28所示的根據(jù)本發(fā)明的非線性效應得到抑制。相同的非線性方法可用于降低由傾斜(圖31b)或由SA(31c)引入的檢測的側(cè)瓣。
吸收或反射型藍光DVD系統(tǒng)的較小傾斜容限可通過使用根據(jù)本發(fā)明的非線性效應得到增強。另外，也可使用根據(jù)本發(fā)明的非線性效應增加吸收或反射多層存儲系統(tǒng)的深度范圍。因此，使用LC補償器，對于基于DVD(NA＝0.60)和BD(NA＝0.85)的多層系統(tǒng)可獲得＞30μm和＞400μm的深度范圍。對于其它SA補償光學系統(tǒng)，深度范圍可能更小或更大。
另外，可通過使用根據(jù)本發(fā)明的非線性效應能夠在將象差(例如，傾斜、SA、彗形象差和象散)保持在一可接受的水平的同時，增加吸收或反射型多層存儲系統(tǒng)的NA。具有彗形象差的檢測到的光斑側(cè)瓣的強度也增加，代價是檢測的中央峰的強度。另外，由于象散引起的反射強度分布擴寬在非線性反射表面上將比線性反射表面少。因此，使用熱致變色或光致變色材料的非線性效應也能夠降低彗形象差和象散像差。
應該注意通過應用非線性響應，也可將象差減小應用于熒光存儲和基于線性響應的所有光存儲系統(tǒng)。
上面已經(jīng)參照圖14-19說明了基于熱致變色材料的WORM概念。原則上，僅僅通過將所述材料加熱到閾值溫度以上就能獲得從高到低的寫入效應，在閾值溫度下所述材料將失去熱致變色性質(zhì)并將永久的恢復至其非反射狀態(tài)，此狀態(tài)下折射率n與周圍的基底/間隔材料的折射率匹配，例如所述折射率對于聚碳酸酯(PC)來說為1.6。在光致變色材料的情況下，使用了閾值強度。如果超過所述閾值的轉(zhuǎn)變是通過熱致變色/光致變色材料的降解完成的或伴隨有熱致變色/光致變色材料的降解，則必須要小心選擇材料使得所產(chǎn)生的碎片的平均折射率與周圍基質(zhì)的折射率近似匹配。折射率的失配將導致信號對比度和非聚焦層的透射率降低。
因此提出如果在記錄之后在寫入標記中發(fā)生了折射率失配，則對聚焦層的信號對比度和非聚焦層的透射率進行最佳化。對于每個折射率的失配來說，在不減弱信號強度(通常也稱作信號調(diào)制)的情況下，對于給定的初始吸收率，可通過最大對比度(～100％)和最佳透射率來找到熱致變色/光致變色材料的最佳化層厚度。
在圖32中示出了對于不同情況，聚焦和非聚焦的單層熱致變色/光致變色(TC/PC)記錄疊層在寫入之前(未寫入標記)和寫入之后(寫入標記)的反射率(R)、透射率(T)、吸收率(A)、和信號對比度(C)。聚碳酸酯(PC)的折射率在405nm波長下取作1.6。在寫入TC/PC標記的折射率(n＝1.6)與PC的折射率(nPC)相匹配的情況下，在寫入之后(圖32a)，凹槽深度200nm，(圖32b)Δn＝0.3(nw＝1.3)的折射率失配度將導致156nm的最佳深度，(圖32c)Δn＝0.6(nw＝1.0)的折射率失配度將導致202nm的最佳深度，(圖32d)Δn＝0.6(nw＝2.2)的折射率失配度將導致184nm的最佳深度，(圖32e)Δn＝0.6(nw＝2.2)的折射率失配度將導致92nm的最佳深度。在所有的圖32中，下列曲線被顯示為凹槽深度的函數(shù)在高于閾值時n＝1.0(Runw1.0)和1.6(Runw1.6)與k＝1.5情況下的聚焦層中的未寫入標記的反射率，對于n＝1.0和1.6(Rw)進行寫入之后具有8％的吸收率的聚焦層中的寫入標記的反射率，在高于閾值時n＝1.0(C1.0)和1.6(C1.6)與k＝1.5情況下的聚焦層中的寫入和未寫入標記之間的信號對比度，以及使用50％的槽/脊比和給定(最佳)凹槽深度進行寫入之后非聚焦層的平均透射率(Toof)。
在下表中也給出了對于不同情況，聚焦和非聚焦的單層TC/PC記錄疊層在寫入之前和寫入之后的反射率、透射率、吸收率和信號對比度。該表和圖32中所使用的術(shù)語的含義如下a)nw是寫入標記(w)的復折射率的實部(n)。已經(jīng)考慮了相對于nw＝1.6為Δnw＝±0.6的寫入之后折射率失配的影響(nw＝1.0和nw＝2.2)。
b)nunw是閾值以上的未寫入標記(unw)的復折射率的實部(n)。未寫入標記的n在閾值以下為1.6。
c)dopt是TC/PC層的最佳厚度。
d)Toof是非聚焦(oof)層的平均透射率(T)。預制凹槽WORM介質(zhì)的比為50％。
e)Aoof是非聚焦(oof)層的平均吸收率(A)。預制凹槽WORM介質(zhì)的比為50％。
f)k是聚焦層和未聚焦層中的寫入標記和非聚焦層中的未寫入標記的復折射率的虛部。
g)C是聚焦層中的寫入和未寫入標記的信號對比度。
h)R是聚焦和非聚焦的寫入標記和未寫入標記的反射率。
在圖32a和上表的第一行中示出了以405nm波長進行記錄之后，對于升高溫度下k＝1.5和1.6附近的匹配的折射率的情況。在閾值以上，對于厚度≥30nm和n＝1.6的層來說，未寫標記的聚焦反射率為～18％并且不受依賴于深度。在閾值以上，對于厚度≥50nm和n＝1.0的層來說，未寫標記的聚焦反射率為～29％并且不依賴于深度。在閾值以上，在n＝1.6和n＝1.0時，對于每一層厚度，信號對比度都是100％。非聚焦層透射率取決于厚度、槽/脊比(通常也稱作填充比)和k，對于初始吸收率為8％(k＝0.013)和槽/脊比為50％的200nm厚的預制凹槽WORM層來說，該透射率為～96％。對于聚焦層和非聚焦層來說，最大吸收率為8％(k≤0.013)的折射率匹配寫入標記的反射率為～0.006％。在環(huán)境溫度下非聚焦層的未寫標記的反射率也為～0.006％。
由于例如通過降解進行記錄之后n＝1.3而非1.6的寫入標記的折射率失配，觀察到對比度和非聚焦層透射率降低了(圖32b和上表的第二行)。由于寫入標記的反射率增加，而未寫入標記的反射率保持不變，所以對比度降低至75％。然而，對于～156nm的層厚度，在非聚焦層的平均初始吸收率為4％(k＝0.017)和平均透射率為～96％時出現(xiàn)～100％的最大對比度(圖32b)。
對于n＝1.0和n＝2.2而不是1.6的寫入標記的折射率失配，對比度分別降低至0％和50％(分別參見圖32c和上表的第三行，以及圖32d-e和上表的第四行)。對比度≥99.8％最佳層厚度為202nm是在n＝1.0而非1.6的寫入標記的折射率失配的情況下出現(xiàn)的(圖32c)。對比度≥99.9％且最佳層厚度為184nm和92nm是在n＝2.2而非1.6的寫入標記的折射率失配度的情況下出現(xiàn)的(分別參見圖32d和32e)。對于所有說明的情況，具有最佳凹槽深度的非聚焦層的吸收率、透射率和反射率的平均值分別為4％、～96％和≤0.02％(圖32b-e)。對于所有說明的情況，具有最佳深度的折射率失配的寫入標記的聚焦反射率為≤0.04％。
根據(jù)上面的發(fā)現(xiàn)和測量，提出一種方法，在記錄之后寫入標記中出現(xiàn)有折射率失配Δn時，用來最佳化聚焦層的信號對比度和非聚焦層的透射率。對于每個折射率失配Δn來說，可發(fā)現(xiàn)具有最大對比度(～100％)最佳化的層厚度dopt和給定初始吸收率下的最大透射率，而不會損害信號強度。
所提出的方法的步驟如下-在寫入之前，選擇在第一波長(例如405nm)附近具有較低的初始k值(例如，kinitial＜0.5)而在較短或較長的第二波長下具有較高的k值(例如，kmax≥0.5)的TC/PC材料。在以第一波長(405nm)讀出期間，k應該變得高于所述初始值(kmax≥0.5)并在讀出之后再次降至初始值(kinitial＜0.5)。
-在寫入之前，TC/PC材料的折射率應該與周圍基底/間隔材料的折射率匹配，例如在405nm附近對于聚碳酸酯(PC)來說為～1.6。
-在記錄之后測量在第一波長(405nm)下的折射率失配度Δn。
-計算TC/PC材料的最小最佳化層厚度(對于折射率失配Δn＝-0.3和Δn＝±0.6的例子可參見圖32和上表)。
-在寫入之前計算對于最佳化的層厚度dopt在第一波長(405nm)下的最大初始k值(kinitial-max)，以獲得非聚焦層的最小透射率。非聚焦層透射率取決于厚度、槽/脊比和k，例如對于初始吸收率為8％(kinitial-max＝0.013)和槽/脊比為50％的200nm厚的預制凹槽WORM層來說，非聚焦層透射率為～96％。應該注意如果在寫入之前kinitial＞kinitial-max和在寫入之后kafter writing＞kinitial-max，則所述材料是無用的。對于記錄之后寫入標記中的折射率失配度Δn，對比度(～100％)和非聚焦層信號透射率(～96％)已經(jīng)在第一波長(405nm)下被最佳化了。
使用平行界面處的多光束干擾的矩陣形式計算尋址和未尋址層的反射率、吸收率和透射率，如圖33中所示和如M.V.Klein，T.E.Furtak的《Optics-second edition》(John Wiley &Sons(1986))中所述。
在垂直光入射的情況下兩個不同介質(zhì)之間的界面處的反射和透射系數(shù)ρij和τij分別為ρij=ni-njni+nj,]]>和τij=2nini+nj.]]>在從左側(cè)至右側(cè)穿過一給定層時，引入了一個相位因子exp(-iβj)，其中βj=2Πλ0njdj.]]>疊層矩陣由下式給出S＝H12L2…，LN-1HN-1，N其中界面過渡矩陣Hij=1τij1ρijρij1,]]>和層傳播矩陣Lj=exp(-iβj)00exp(iβj).]]>圖34中所示的疊層用于計算尋址和未尋址層的TC/PC層的總的透射、反射和吸收。還未考慮空氣-聚碳酸酯界面處的反射。對于未寫入標記，在kinitial≤kinitial-max的情況下，在環(huán)境溫度下nTC-unwritten＝1.6-(kinitial)i，在升高的溫度下，nTC-unwritten＝1.6-(1.5)i。對于寫入標記，在kafter writing≤kinitial-max的情況下，nTC-written＝Nafter writing-(kafter writing)i。nPC＝1.6且在環(huán)境溫度下與nTC-unwritten匹配。如果Δ＝nafter writing-nbefore writing≠0，則由于折射率失配度，被尋址層中的寫入和未寫入標記之間的對比度降低。然而，通過調(diào)整其厚度來最小化寫入標記的反射率能夠增加該對比度?？墒褂蒙鲜龅木仃囆问酵ㄟ^計算作為TC層厚度的函數(shù)的對比度來計算寫入標記的這種最佳化厚度dopt(對于折射失配Δn＝-0.3和Δn＝±0.6的例子可參見圖32和上表)。d＞30nm的對比度的最大值確定了dopt的值。應該注意，未寫入標記的反射率不依賴于其厚度，因此將使用與寫入標記的最佳厚度相同的厚度。
非尋址層的最小可允許透射率確定了kinitial-max的值。具有透射率T和幾乎可忽略的反射率R的非尋址層的總吸收率A為A＝1-T-R≈1-T吸收率和虛折射率k之間的關(guān)系為A=1-exp(-4Πdkλ)]]>其中d為層厚度，λ為光的波長。使用下式，對于槽/脊比RL/G為0.5、非尋址層的最小可尋址透射率Tminimal為0.96、最佳厚度dopt為200nm和波長λ為405nm的預制凹槽WORM層來說，發(fā)現(xiàn)kinitial-max的值為0.013，kinitial-max=(-λ4Πdopt)ln(-0.5-TminimalRL/G).]]>通過調(diào)整凹槽深度，可使用如上所述對于大于100nm的層厚度使用純粹幅度光柵的WORM施行過程，以獲得最佳的信號對比度、信號強度和非聚焦層透射率。此外，該思想也可應用于多層和單層反射光盤系統(tǒng)，例如CD、DVD和BD。
TC/PC有機染料的較低熱穩(wěn)定性在讀出過程中可能是一個嚴重的問題。TC讀出是基于在加熱和冷卻時光學常數(shù)(n和k)的可逆變化。PC讀出是基于在用兩個不同波長的激光束照射時光學常數(shù)(n和k)的可逆變化。將有機材料加熱到分解/降解溫度以上可用作寫入效應。
然而，如果在讀出期間溫度超過分解溫度，則將發(fā)生寫入效應。在所提出的TC/PC多層記錄介質(zhì)中，優(yōu)選使用TC/PC材料和低導熱材料(聚碳酸酯、SiO2、Si3N4)。因此，在讀出期間溫度可升高到分解溫度以上，因為使用較高的k值(0.5＜k＜1.5)具有較高的吸收率。溫度＜70℃在讀出期間是優(yōu)選的，因為有機染料的分解溫度＞70℃。熱學計算顯示如果使用了21.12m/s(4xBD/6xDVD)速度和0.3mW讀取功率，則k＝1.5和TC/PC層厚度為50nm時，就能達到約130℃的溫度。在更高的盤速度和較低的讀出功率下，所述溫度將降低。然而，較低的激光功率并不是現(xiàn)實的選擇，因為為了滿足位檢測的SNR要求，由于激光尤其是電子噪聲，則數(shù)據(jù)速率將極大地受到限制。
基于相變材料的傳統(tǒng)DVD+RW單層系統(tǒng)和基于TC/PC材料的DVD-WORM多層介質(zhì)的計算信道位速率(CBR)之間的比較列舉在下表中。使用14％的反射率(R)、盤上0.7mW的激光功率(P激光)以及PDIC探測器的傳統(tǒng)DVD系統(tǒng)的CBR為146Mbps。對于TC多層系統(tǒng)，在盤上使用為0.07mW的1/10的激光功率(讀出溫度將＜130℃)確實導致CBR顯著降低至16Mbps，因為激光噪聲增加了(RIN從-125dB到-115dB)。
在將激光功率保持較低的同時將CBR一直增加到可接受的水平的可能解決方案也列在下表中，例如灰色濾波器(在第五列中由“濾波器”指示)用于降低激光噪聲，雪崩光電二極管(APD)用于降低電子噪聲，以及多軌跡讀出用于提高CBR而沒有光學功率損失。使用3.5mW的輸出激光功率(是傳統(tǒng)的DVD+RW系統(tǒng)的兩倍)和使用灰色濾波器將激光功率降低到20倍將在盤上給出0.07mW的激光功率。使用灰色濾波器將激光噪聲降低了20dB，這導致CBR增強為原來的6倍(從16到93Mbps)，其受到電子噪聲的限制。通過使用APD可使CBR進一步增加到2倍(從93到204Mbps)。使用灰色濾波器的缺陷是損失90-95％的光學功率。
該光學功率損失問題根據(jù)本發(fā)明可通過使用多光點光柵，例如10光點光柵來代替衰減因數(shù)為10的灰色濾波器得到解決。使用1.75mW的傳統(tǒng)讀出激光功率、10點光柵和傳統(tǒng)的PDIC探測器，得到～700Mbps的CBR。使用1.75mW的傳統(tǒng)讀出激光功率、10點光柵和基于PIN的APD探測器可得到～1.2Gbps的CBR。應該注意分解溫度＞200℃的TC有機染料的例子已經(jīng)在A.Nomura等人的“Super-Resolution ROM disk with Metal Nanoparticles orSmall Aperture”Jpn.J.Appl.Phys.41，3B，1876(2002)中公開了。
考慮激光噪聲、電子噪聲和探測器噪聲的信噪比(SNR)為20dB的計算信道位速率被列舉在下表中。當還考慮AD轉(zhuǎn)換器的量化噪聲和介質(zhì)噪聲時，SNR在相同的信道位速率下將變成10-15dB(9-16％抖動)。
所提及的探測器是PDIC0.5pA/Hz1/2，8.8nV/Hz1/2，0.7pF，0.5A/W@650nm；APD(PIN)0.5pA/Hz1/2，2.2nV/Hz1/2，9pF，0.5A/W@650nm，M＝10，F(xiàn)exc＝2.5。
雪崩PIN(APD(PIN)使用倍增M＝10時具有過量噪聲因數(shù)Fexc＝2.5。
對于ROM/WORM系統(tǒng)有不同的可能的實現(xiàn)方式。在第一實現(xiàn)方式中，對于DVD-ROM/WORM多層系統(tǒng)，在將盤中的讀出溫度保持在可接受的水平的同時，使用灰色濾波器和APD探測器獲得可接受的CBR。在第二實現(xiàn)方式中，在將盤中的讀出溫度保持在可接受的水平的同時，使用多軌跡方法(用于1維(傳統(tǒng)多軌跡)或使用多光點光柵的2維光學存儲)，對于DVD-ROM/WORM多層系統(tǒng)獲得比傳統(tǒng)DVD+RW單層系統(tǒng)大致5倍的CBR增強。在第三實施方式中，使用基于PIN的APD來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PDIC探測器可獲得大致1.5倍的進一步的CBR增強。
能夠使用少于或多于10點的光柵，例如2點或4點光柵。當結(jié)合相同的激光功率使用了較少的點時，讀出期間的溫度將增加。然而，只要讀出期間的溫度保持低于寫入閾值，則就能使用少于10的點。當結(jié)合相同的激光功率使用了太多的點時，信道位速率將快速降低。這將會在信號相對于電子噪聲或激光噪聲變得較小時發(fā)生。然而，只要信道位速率保持在可接受的值以上，就能夠使用更多的光點。
根據(jù)本發(fā)明的包括2點光柵的讀出裝置的一個實施例在圖35中示出。根據(jù)該實施例，所述讀出裝置包括用于發(fā)射讀取激光束L0的激光二極管100，用于從所述讀取光束L0產(chǎn)生兩束略微偏移的激光束L1、L2的2點光柵101，分束器102，用于將激光束L1和L2會聚在記錄載體104上的不同位置的物鏡103和用于將反射的激光束L1’和L2’會聚在探測器106上的不同位置的伺服透鏡105。通過使用兩個激光束點，可從盤104同時讀取兩位。
多點光柵的應用領(lǐng)域特別是多層和單層反射光盤系統(tǒng)，例如CD、DVD和BD。
應該注意只有象差降低和分辨率增強才可應用于單層信息載體。N層(多層)光信息載體包含由間隔層分隔的N個不同的單一TC層(P1-PN)或N個不同的單一疊層(P1-PN)，對于每個單一疊層，包括一個記錄層(P)和四個介電層(I1-I4)，并由間隔層分割開，如圖6所示。
總之，對于單層設(shè)計和(圖6的)最佳化的疊層設(shè)計都能得到甚至更高的反射率(大于10％)和增強的分辨率。對于k≈1.5和n≈1.0，與使用n的增加的最大可獲得～20％的反射率相比，對于單層和最佳化的疊層設(shè)計，使用熱致變色和光致變色材料可發(fā)現(xiàn)高達30％和高達55％的反射率。最佳化要求對于單層設(shè)計和最佳化的疊層設(shè)計是較不嚴格的。只通過最佳化k(k≈1.5)而沒有限制n，對于單層和最佳化的疊層設(shè)計，使用熱致變色和光致變色材料就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大約20％或45％的反射率。
權(quán)利要求
1.一種用于借助光束記錄信息的光信息載體，所述光信息載體包括-基底層(S)；-記錄層(P)，包括具有依賴于溫度的光學特性的熱致變色材料或具有依賴于光的特性的光致變色材料，用于在記錄和/或讀出期間選擇性地改進靈敏度；和-覆蓋層(C)，其特征在于所述熱致變色或光致變色材料的復折射率 的虛部k在升高的溫度或高光強度下分別大于0。
2.如權(quán)利要求1所述的光信息載體，其特征在于所述熱致變色或光致變色材料的復折射率 的虛部k在升高的溫度或高光強度下分別大于0.5，尤其是在從1.0至3的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的光信息載體，其特征在于所述熱致變色或光致變色材料在環(huán)境溫度或低光強度下分別具有與所述基底的折射率n相匹配的折射率n，并且分別在升高的溫度下或高光強度下具有大于所述基底的折射率n的折射率n，尤其是大于1.6，尤其是在從1.6至4的范圍內(nèi)的折射率n。
4.如權(quán)利要求1所述的光信息載體，其特征在于所述熱致變色或光致變色材料在環(huán)境和升高的溫度或在低和高的光強度下分別具有與所述基底的折射率n相匹配的折射率n。
5.如權(quán)利要求1所述的光信息載體，其特征在于所述熱致變色或光致變色材料在環(huán)境溫度或低光強度下分別具有與所述基底的折射率n相匹配的折射率n，并且在升高的溫度下或高光強度下分別具有小于所述基底的折射率n的折射率n，尤其是小于1.6，尤其是在從1.0至1.6的范圍內(nèi)的折射率n。
6.如權(quán)利要求1所述的光信息載體，其特征在于所述記錄層(P)的厚度在10到200nm的范圍內(nèi)，尤其是在20到80nm的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的光信息載體，在所述記錄層(P)每一側(cè)還包括至少一個介電層(I)。
8.如權(quán)利要求7所述的光信息載體，在所述記錄層(P)的每一側(cè)包括兩個介電層(I1-I4)，鄰近所述記錄層(P)的介電層(I2，I3)在升高的溫度或高光強度下分別具有小于所述熱致變色或光致變色材料的折射率n的折射率n。
9.如權(quán)利要求8所述的光信息載體，其特征在于不與所述記錄層(P)鄰接的介電層(I1，I4)在升高的溫度或高光強度下分別具有大于所述熱致變色或光致變色材料的折射率n的折射率n。
10.如權(quán)利要求8所述的光信息載體，其特征在于鄰近所述記錄層(P)的介電層(I2，I3)主要包括SiO2，而不鄰近所述記錄層(P)的介電層(I1，I4)主要包括Si3N4。
11.如權(quán)利要求1所述的光信息載體，包括兩層或多層由間隔層(R)分割開的記錄層(P1，P2)。
12.如權(quán)利要求1所述的光信息載體，其特征在于所述記錄層(P)還包括作為記錄材料的相變材料或一次寫入材料。
13.確定如權(quán)利要求1中所述的光信息載體的記錄層(P)的厚度的方法，包括步驟-選擇熱致變色或光致變色材料，其在第一波長(λ1)下具有低的初始k值(kinitial)而在短于或長于所述第一波長(λ1)的第二波長(λ2)下具有較高的k值(kmax)，并且其復折射率 的實部n與基底層(S)和/或所述覆蓋層(C)的折射率相匹配；-記錄測試數(shù)據(jù)；-在記錄所述測試數(shù)據(jù)之后，基本上在所述第一波長(λ1)下確定所述熱致變色或光致變色材料與所述基底層(S)和/或所述覆蓋層(C)之間的折射率失配度Δn；-通過確定寫入和未寫入標記之間的信號對比度確定所述熱致變色或光致變色材料的最小最佳化層厚度(dopt)；-在記錄之前，對于所述最佳化的層厚度(dopt)基本上在所述第一波長(λ1)下確定最大初始k值(kinitial-max)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述最大初始k值(kinitial-max)通過下式來確定kinitial-max=(-λ4Πdopt)ln(-0.5-TminimalRL/G)]]>其中，Tminimal確定非尋址記錄層的最小可允許透射率，而RL/G確定記錄層的槽/脊比。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第一波長(λ1)基本上為405nm，其中所述低初始k值(kinitial)低于0.5，并且其中所述較高的k值(kmax)高于0.5。
16.用于從如權(quán)利要求1所述的光信息載體(104)讀取數(shù)據(jù)的讀出裝置，包括-光源(100)，用于發(fā)射讀取光束(L0)；-多點光柵(101)，用于從所述讀取光束(L0)產(chǎn)生至少兩個偏移的光束(L1，L2)；-用于將偏移光束(L1，L2)會聚在信息載體(104)上的不同位置和用于將反射光束(L1’，L2’)會聚在探測器(106)上的不同位置的裝置(102，103，105)；和-用于接收所述反射光束(L1’，L2’)的探測器(106)。
17.如權(quán)利要求16所述的讀出裝置，其中所述多點光柵(101)是用于產(chǎn)生2、4、8或10個偏移光束的2點、4點、8點或10點光柵。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于借助光束記錄信息的光信息載體，所述光信息載體包括基底層(S)；記錄層(P)，包括具有依賴于溫度的光學特性的熱致變色材料或具有依賴于光的光學特性的光致變色材料，用于在記錄和/或讀出期間選擇性改進靈敏度；和覆蓋層(C)。為了分別增加記錄層(P)在升高的溫度或較高的光強度下的反射率，以及分別在環(huán)境溫度或較低的光強度下具有非常高的透射率和低的反射率，提出使用這樣的熱致變色或光致變色材料其復折射率的虛部k在升高的溫度或較高的光強度下分別大于0。本發(fā)明還涉及一種用于確定這種光信息載體的記錄層的厚度的方法和一種用于從這種光信息載體讀取數(shù)據(jù)的讀出裝置。
文檔編號G11B7/26GK1791914SQ200480007095
公開日2006年6月21日 申請日期2004年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月18日
發(fā)明者M·L·M·巴里斯特雷里, A·米吉里特斯基, J·T·A·維德比克, C·布斯奇, B·尹, H·C·F·馬坦斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司